探索MAX870/MAX871開關(guān)電容電壓逆變器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電壓轉(zhuǎn)換是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別是在電池供電和板級(jí)電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用中。MAXIM的MAX870/MAX871開關(guān)電容電壓逆變器以其卓越的性能和小巧的封裝，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來(lái)深入了解一下這兩款器件。

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一、器件概述

MAX870/MAX871是超小型的CMOS電荷泵逆變器，輸入電壓范圍為+1.4V至+5.5V。其中，MAX870工作頻率為125kHz，MAX871工作頻率為500kHz。它們具有高達(dá)90%的效率和低至0.7mA（MAX870）的工作電流，非常適合電池供電和板級(jí)電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用。芯片內(nèi)部集成了振蕩器控制電路和四個(gè)功率MOSFET開關(guān)，采用5引腳SOT23 - 5封裝，能夠在500mV壓降的情況下提供25mA的輸出電流。

主要特性

1. 高效轉(zhuǎn)換：電壓轉(zhuǎn)換效率高達(dá)99%，能有效減少能量損耗。
2. 低靜態(tài)電流：MAX870的靜態(tài)電流僅為0.7mA，有助于延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。
3. 寬輸入電壓范圍：+1.4V至+5.5V的輸入電壓范圍，適用于多種電源場(chǎng)景。
4. 簡(jiǎn)單電路：僅需兩個(gè)電容即可完成電壓轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。
5. 高輸出電流：能夠提供25mA的輸出電流，滿足大多數(shù)應(yīng)用需求。

二、電氣特性分析

1. 電源電流

在不同的工作條件下，MAX870和MAX871的電源電流有所不同。在TA = +25°C時(shí)，MAX870的典型電源電流為0.7mA，而MAX871的典型值也在合理范圍內(nèi)。不過(guò)，在啟動(dòng)期間，它們可能會(huì)吸取較高的電源電流，為保證正常啟動(dòng)，輸入電源必須能夠提供比最大負(fù)載電流多90mA的電流。

2. 振蕩器頻率

MAX870的振蕩器頻率典型值為125kHz，MAX871為500kHz。在不同的溫度和負(fù)載條件下，頻率會(huì)有一定的波動(dòng)，但仍能保持在合理的范圍內(nèi)。

3. 功率效率和電壓轉(zhuǎn)換效率

這兩款器件的功率效率和電壓轉(zhuǎn)換效率都非常高。在典型條件下，MAX870的功率效率可達(dá)90%，電壓轉(zhuǎn)換效率高達(dá)99.3%；MAX871的表現(xiàn)也相當(dāng)出色。效率會(huì)受到輸出電流、輸入電壓等因素的影響，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行優(yōu)化。

4. 輸出電阻

輸出電阻是衡量器件性能的重要指標(biāo)之一。它與電容的選擇密切相關(guān)，電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）和電容值會(huì)影響輸出電阻的大小。一般來(lái)說(shuō)，增大電容值可以降低輸出電阻，但當(dāng)電容值增大到一定程度后，輸出電阻主要由內(nèi)部開關(guān)電阻和電容ESR決定。

三、典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. 本地-5V電源

從5V邏輯電源生成-5V電源，為模擬電路供電，這是MAX870/MAX871最常見的應(yīng)用之一。

2. 小型LCD面板

為小型LCD面板提供合適的電壓，確保其正常顯示。

3. 手機(jī)和醫(yī)療儀器

在這些對(duì)功耗和尺寸要求較高的設(shè)備中，MAX870/MAX871的低功耗和小封裝優(yōu)勢(shì)得到了充分發(fā)揮。

4. 手持終端和PDA

為這些電池供電設(shè)備提供穩(wěn)定的電壓轉(zhuǎn)換，延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

四、電容選擇與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電容選擇

• 飛跨電容（C1）：增大飛跨電容的尺寸可以降低輸出電阻，但當(dāng)電容值超過(guò)一定范圍后，對(duì)輸出電阻的影響變得不明顯。因此，需要根據(jù)具體應(yīng)用選擇合適的電容值。
• 輸出電容（C2）：增大輸出電容的尺寸可以降低輸出紋波電壓，減小電容的ESR可以同時(shí)降低輸出電阻和紋波。對(duì)于輕負(fù)載應(yīng)用，如果能夠容忍較高的輸出紋波，可以使用較小的電容值。
• 輸入旁路電容：旁路輸入電源可以降低其交流阻抗，減少M(fèi)AX870/MAX871開關(guān)噪聲的影響。根據(jù)電路配置和負(fù)載連接方式的不同，選擇合適的旁路電容。

2. 電路設(shè)計(jì)

• 級(jí)聯(lián)應(yīng)用：兩個(gè)器件可以級(jí)聯(lián)以產(chǎn)生更大的負(fù)電壓，但需要注意輸出電阻會(huì)隨著級(jí)聯(lián)數(shù)量的增加而顯著上升。在級(jí)聯(lián)應(yīng)用中，要確保第n級(jí)電路的最大負(fù)載電流和啟動(dòng)電流不超過(guò)第(n - 1)級(jí)電路的最大輸出電流能力。
• 并聯(lián)應(yīng)用：并聯(lián)多個(gè)MAX870或MAX871可以降低輸出電阻。每個(gè)器件需要有自己的泵電容（C1），而儲(chǔ)能電容（C2）可以為所有器件共用。
• 組合倍壓/反相器：在特定電路中，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)電壓反相和倍壓功能，但要注意兩個(gè)輸出的電流總和不能超過(guò)40mA。
• 重負(fù)載應(yīng)用：在重負(fù)載情況下，為防止OUT端電壓被拉高，需要在GND和OUT之間連接一個(gè)肖特基二極管。

3. 布局和接地

良好的布局對(duì)于降低噪聲至關(guān)重要。要將所有組件盡可能靠近安裝，縮短走線長(zhǎng)度，以減少寄生電感和電容，并使用接地平面。

五、總結(jié)

MAX870/MAX871開關(guān)電容電壓逆變器以其高效、低功耗、小封裝等優(yōu)點(diǎn)，在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)合理選擇電容、優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和布局，可以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體需求，綜合考慮各種因素，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。你在使用MAX870/MAX871過(guò)程中遇到過(guò)哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。